بررسی رفتار ستون¬های بتن آرمه¬ی مربعی تقویت شده با ورق¬های FRP طولی و عرضی تحت اثر بار جانبی سیکلی و بار محوری فشاری سیکلی

STUDENT

DEGREE

YEAR

This study represents the results of an experimental program investigating the behavior of square reinforced concrete (RC) columns strengthened with longitudinal carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets under simulated seismic loading. The main challenges to tackle are the premature debonding and the buckling of the longitudinal FRP strips on the tension and compression sides of the columns, respectively. To postpone both, the three versions of the grooving method (GM), i.e., the externally bonded reinforcement on grooves (EBROG), the externally bonded reinforcement in grooves (EBRIG) and the externally bonded reinforcement in/on grooves (EBRIOG), were employed and the results were compared with those obtained under the externally bonded reinforcement (EBR) method through the conventional surface preparation technique. Another aspect of the study involves investigating the influence of the recently developed corner strip-batten (CSB) technique on confining columns. In the CSB technique, CFRP battens do not undergo any curvature when used for the transverse strengthening of columns but, similar to flat coupons, are subjected to tension loads. For the purposes of this study, eighteen large-scale square RC columns strengthened with CFRP sheets were tested under reversal cyclic loading to study their seismic behavior. Furthermore, twenty-one small-scale square RC columns strengthened with CFRP sheets were tested under cyclic axial compression loading. The main experimental parameters consisted of the method utilized for longitudinal strengthening of the columns, the method employed for confining of the columns, and the loading procedure. Experimental results revealed that the EBRO, EBRIG and EBRIOG techniques combined with CSB technique were able to prevent altogether the debonding and buckling of longitudinal CFRP sheets. It was also found that application of CFRP composites via the combined GM and CSB technique was able to produce a significant enhancement in the seismic capacity of the RC columns in terms of their strength, ductility, dissipated energy, stiffness, and damping index. Keywords CFRP composite, RC column, Corner strip-batten, Grooving method, EBRIOG technique, Axial cyclic compression loading, Lateral cyclic loading.

در سازههای بتن آرمه، ستونها به عنوان اعضای قائم سازه که تحت اثر نیروی محوری، نیروی برشی و لنگر خمشی به صورت همزمان از جمله رایجترین روشها جهت FRP قرار میگیرند، از جمله آسیب پذیرترین اعضا محسوب میشوند. استفاده از نوارهای عرضی تقویت ستونهای بتن آرمه محسوب میشود. از طرف دیگر، در بیشتر مطالعات انجام شده بر روی تقویت سازههای بتن آرمه با استفاده از این مواد تحت تنش کششی قرار گرفتهاند؛ این در حالی است که آیین نامههای مختلف اذعان دارند، که این ،FRP کامپوزیتهای کامپوزیتها قادر به تحمل تنشهای فشاری نیز میباشند. با این وجود، این آیین نامهها از باربری فشاری این کامپوزیتها به دلیل کمانش لازم است به نوعی از کمانش این ،FRP آنها تحت فشار، صرف نظر میکنند. بنابر این جهت استفاده از ظرفیت فشاری کامپوزیتهای کامپوزیتها تحت فشار جلوگیری شود. در این پژوهش تلاش شد که با استفاده از روشهای شیار زنی و همچنین روش ابداعی کمانش کامپوزیتهای فشاری را به تأخیر انداخته و این کامپوزیتها با تحمل نیروی فشاری موجب افزایش ظرفیت باربری ،EBRIOG تحت ،FRP ستونهای بتن آرمه شوند. در این تحقیق رفتار ستونهای بتن آرمهی مربعی تقویت شده با استفاده از نوارهای طولی و عرضی اثر بار جانبی سیکلی و همچنین بار محوری سیکلی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، نمونهها به دو گروه جهت بارگذاری جانبی سیکلی و همچنین بارگذاری محوری فشاری سیکلی تقسیم شده که برای دست یابی به اهداف تعیین شده، ساخته و آزمایش شدند. تحت اثر بار محوری فشاری FRP در گروه اول، ستونهای بتن آرمهی تقویت شده با استفاده از کامپوزیتهای طولی و عرضی سیکلی مورد بررسی قرار گرفت. نمونههای این گروه مشتمل بر ? نمونهی شاهد، ? نمونهی محصور شده با استفاده از نوارهای عرضی FRP و ?? نمونهی تقویت شده با استفاده از نوارهای طولی و عرضی FRP ? نمونهی تقویت شده با استفاده از نوارهای طولی ،FRP بودند. در این نمونهها، از روشهای دورپیچ، نوار گوشه-دورپیچ و نوار گوشه-بست برای محصور سازی با استفاده از کامپوزیتهای به منظور تقویت فشاری با استفاده از کامپوزیتهای طولی EBRIOG و EBRIG ،EBROG ،EBR عرضی، و همچنین از روشهای استفاده شد. بررسی بر روی نتایج آزمایشگاهی این گروه از نمونهها نشان داد که روش جدید نوار گوشه-بست در محصور سازی بتن بهتر به تأخیر EBRIOG از دورپیچ عمل کرده و همچنین کمانش کامپوزیتهای طولی از سطح بتن توسط روشهای شیار زنی و روش جدید افتاد. ظرفیت باربری نمونههای تقویت شدهی این گروه از % ?? تا % ?? و شکل پذیری از % ?? تا % ??? نسبت به نمونهی شاهد افزایش یافت. میزان استهلاک انرژی نمونههای تقویت شده تا حد % ?? نسبت به نمونهی شاهد رشد یافت. بهترین نمونه در این گروه، نمونهی و نوار گوشه-بست بود؛ به نحوی که ظرفیت باربری، شکل پذیری و استهلاک انرژی در EBRIOG تقویت شده با استفاده از روشهای ??? و % ?? نسبت به نمونهی شاهد افزایش پیدا کرد. % ، آن به ترتیب % ?? که با استفاده از نوارهای طولی (A و مقاومت بالا ( 4 (A در گروه دوم، ستونهای بتنی مسلح به میلگردهای با مقاومت معمولی ( 3 تقویت شده بودند، تحت اثر بار جانبی سیکلی مورد بررسی قرار گرفتند. نمونههای این گروه مشتمل بر ? نمونهی شاهد، ? FRP و عرضی نمونهی شاهد لرزهای، ? نمونهی محصور شده با استفاده از کامپوزیتهای عرضی، ? نمونهی تقویت شده با استفاده از کامپوزیتهای طولی و ? نمونهی تقویت شده با استفاده از کامپوزیتهای طولی و عرضی میباشد. روش محصور سازی نمونه (روشهای دورپیچ، نوار و نوع (EBRIG و EBROG ،EBR گوشه-دورپیچ و نوار گوشه-بست)، روش نصب کامپوزیتهای طولی بر روی نمونه ( روشهای از جمله پارامترهای مورد بررسی در این نمونهها بودند. بررسی نتایج آزمایشگاهی ،(A و 4 A میلگرد مورد استفاده در نمونه (میلگردهای 3 تحت کشش شده و FRP نمونههای این گروه نشان داد که استفاده از روشهای شیار زنی سبب حذف جدا شدگی سطحی نوارهای طولی کمانش کامپوزیتهای طولی تحت فشار را تا مراحل انتهایی بارگذاری به تأخیر انداخت. به علاوه، استفاده از روش نوار گوشه-بست به صورت قابل ملاحظهای شکل پذیری نمونههای تقویت شده را افزایش داد. ظرفیت باربری نمونههای تقویت شده در این گروه از % ?? تا ?? نسبت به نمونهی شاهد افزایش پیدا کرد. همچنین شکل پذیری و استهلاک انرژی نمونههای تقویت شده به ترتیب تا حد % ?? و % ??? % و نوار گوشه-بست EBRIG نسبت به نمونهی شاهد رشد یافت. بهترین نمونه در این گروه، نمونهی تقویت شده با استفاده از روشهای ?? و % ??? نسبت به نمونهی شاهد افزایش یافت. % ، بود؛ به نحوی که ظرفیت باربری، شکل پذیری و استهلاک انرژی در آن به ترتیب % ?? ،EBRIOG ستونهای بتن آرمه، روش نوار گوشه-بست، روشهای شیار زنی، روش ،FRP کلمات کلیدی: نوارهای طولی و عرضی .A و 4 A بار محوری فشاری سیکلی، بار جانبی سیکلی، میلگردهای 3